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Due progressi puntano verso una batteria per auto elettrica più economica
Affinché le strade inizino a riempirsi di auto elettriche, le batterie dovranno diventare molto più economiche, fino all'80% in meno secondo alcune stime (vedi Come le batterie migliorate renderanno competitivi i veicoli elettrici). Due recenti progressi che rendono molto più pratico un tipo sperimentale di batteria potrebbero portare a tali risparmi sui costi.
Batteria migliore: Questa immagine al microscopio elettronico a scansione mostra le particelle di solfuro di litio utilizzate dai ricercatori della Stanford University per realizzare una batteria al solfuro di litio migliorata.
I ricercatori stanno lavorando da anni a un tipo di batteria che utilizza il litio metallico in un elettrodo e lo zolfo nell'altro. In teoria, questo tipo di batteria potrebbe immagazzinare da tre a cinque volte più energia di una batteria convenzionale agli ioni di litio (vedi Rivisitazione delle batterie al litio-zolfo). Ma il litio metallico è altamente reattivo se esposto all'acqua e può formare nel tempo strutture simili a radici all'interno delle batterie; queste strutture possono unire elettrodi positivi e negativi, provocando cortocircuiti e persino incendi. Così tanti ricercatori hanno iniziato a rivolgere la loro attenzione a una batteria simile che non richiede il litio metallico.
Nel nuovo tipo di batteria, l'elettrodo di zolfo viene sostituito con un materiale di solfuro di litio, un composto che contiene sia litio che zolfo. Questa diventa la fonte del litio, quindi il litio metallico non è più necessario e può essere sostituito con grafite, un materiale utilizzato oggi nelle batterie agli ioni di litio, o con un materiale come il silicio.
Il problema è che il solfuro di litio è elettricamente isolante, il che rallenta la carica e riduce la quantità di energia che la batteria può fornire. Ma due documenti recenti, uno di Stanford e l'altro del Lawrence Berkeley National Laboratory, offrono modi per rendere più pratiche le batterie al solfuro di litio.
Questi documenti di ricerca dimostrano metodi a basso costo per realizzare batterie al solfuro di litio con capacità di accumulo di energia elevata. Il lavoro potrebbe portare a batterie commerciali che immagazzinano più di tre volte più energia delle batterie agli ioni di litio attualmente utilizzate nei veicoli elettrici, afferma Yuegang Zhang , uno scienziato del personale del Lawrence Berkeley National Laboratory.
All'inizio di quest'anno, Yi Cui, professore di scienze dei materiali a Stanford, ha mostrato un modo per superare i limiti intrinseci delle batterie al solfuro di litio caricando la batteria a una tensione più alta del solito per la sua prima carica. Questo cambia la chimica dell'elettrodo, aggirando il problema della conduttività.
Anche allora, il solfuro di litio doveva essere miscelato con il carbonio per migliorarne la conduttività, e il carbonio riduce la quantità di energia che l'elettrodo può immagazzinare: negli esperimenti, è stato sufficiente ridurre le capacità della batteria a livelli vicini alle tradizionali batterie agli ioni di litio .
Zhang ha dimostrato un nuovo modo per mescolare il carbonio con il solfuro di litio che riduce notevolmente la quantità di carbonio necessaria nel catodo. La percentuale dell'elettrodo composta da solfuro di litio aumenta da meno del 50% al 67,5%. Questo miglioramento, in parte perché è amplificato dai miglioramenti che consente in altre parti della batteria, potrebbe quasi raddoppiare la capacità di archiviazione complessiva della batteria, da 350 a 610 wattora per chilogrammo, stima Zhang. (Le batterie agli ioni di litio nei veicoli elettrici ora immagazzinano in genere meno di 200 wattora per chilogrammo.)
Rimangono ostacoli alla commercializzazione della tecnologia, compresa la necessità di migliorare il numero di volte in cui le batterie possono essere ricaricate e la velocità con cui possono essere ricaricate. Anche i numeri di accumulo di energia dovrebbero essere presi con le pinze: sono stime derivate da esperimenti su scala di laboratorio, non misurazioni di batterie di grandi dimensioni su scala commerciale.
E le batterie al litio-zolfo che utilizzano il litio metallico potrebbero ancora rivelarsi la tecnologia preferita. Ricercatori e aziende come Sion Power e Polyplus stanno facendo progressi nel migliorare il numero di volte in cui possono essere ricaricate e stanno usando ceramiche o altri materiali per affrontare i problemi di sicurezza (vedi Beyond Lithium Ion: ARPA-E Places Bets on Novel Energy Storage) .